Har der nogensinde været liv på Mars? Hvad karakteriserer klimaet og geologien på planeten? Og kan mennesker blive Mars-beboere?
Det er nogle af de vigtigste spørgsmål, som Mars 2020-missionen skal jagte svar på.
Den amerikanske rumfartsorganisation NASA står bag den nye mission til den røde planet, men med ombord er flere stykker isenkram med danske hjerner bag sig.
»Missionen er NASA’s næste store flagskib og stolthed. Det er ret usædvanligt, at der er så stort et dansk aftryk på den slags missioner. I det hele taget er det sjældent, at så lille et land som Danmark har så meget med ombord på en stor NASA-mission,« siger John Leif Jørgensen, som er professor og afdelingsleder ved DTU Space, der er blandt de danske bidragydere til Mars 2020.
I denne artikel får du et overblik over de danske bidrag til NASA’s næste store opdagelsesrejse på Mars. Men først skal du spænde sikkerhedsselen og gøre dig klar til en kort introduktion til rumrejsen.
\ Mars 2020
Mars 2020 er NASA’s næste store mission til Mars.
Ligesom alle andre tidligere Mars-missioner er der ingen mennesker med på Mars 2020-missionen.
Alt ombord er fjernstyret eller styret af Mars-bilens egen computer.
Udskudt opsendelse
Rejsen ud til Mars varer omkring et halvt år, og Mars 2020-missionen ventes at lande på den røde planet i februar 2021.
Egentlig skulle missionen være begyndt 17. juli.
Men i denne uge blev opsendelsen udskudt til »tidligst 30. juli« på grund af tekniske problemer med opsendelses-raketten, en Atlas V-raket.
»Det er tredje gang, NASA udskyder på grund af ballade med raketten. Men hellere udskyde end at risikere ægte problemer ved opsendelsen. Ellers er alting klar. Vores udstyr er pakket ned og ligger parat i raketten,« siger John Leif Jørgensen fra Danmarks Tekniske Universitet (DTU) til Videnskab.dk.
En ny Mars-bil
Mars 2020-missionens store attraktion er en Mars-bil, kaldet Perseverance Rover.
Den er en forbedret udgave af sin forgænger, Mars-roveren Curiosity, som vi har skrevet et utal af artikler om her på Videnskab.dk.
Perseverance skal køre rundt på den røde planet og indsamle og analysere de mest spændende prøver af materiale fra Mars.
»Den skal omhyggeligt udvælge og indsamle prøver, som skal sendes ned til Jorden med en senere mission,« fortæller Morten Bo Madsen, som er lektor og Mars-forsker ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.
Han tilføjer, at det netop er blevet besluttet, at prøverne, som indsamles under Mars 2020-missionen, vil blive hentet med en fælles, fremtidig mission, hvor både NASA og Det Europæiske Rumagentur (ESA) deltager.
En mini-helikopter
Ud over Mars-bilen medbringer Mars 2020-missionen som noget helt nyt også en lille helikopter, kaldet Ingenuity, på 1,8 kilo.
Den skal flyve som en drone over Perseverance-roveren og filme og fotografere Mars-omgivelserne – ikke mindst skal den tjekke og udpege områder, som snart skal besøges.
Og så skal den vise os Perseverance set fra luften.
»Det kommer til at give nogle flotte billeder, og det er helt fint for PR. Men al forskningen kommer reelt til at foregå fra instrumenterne ombord på Mars-roveren,« fortæller John Leif Jørgensen.
Selv har han været involveret i instrumentet PIXL, som sidder på en robotarm på Mars-bilen. Og som skal jagte liv på Mars.
Jagter liv på Mars
Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) er et af de i alt otte hovedinstrumenter ombord på Perseverance-roveren – og det skal som sagt prøve at gøre os klogere på, om der engang har været liv på Mars.
PIXL består af et såkaldt røntgenflourescens-mikroskop: Et instrument, som kan beskyde et materiale med røntgenstråler og derved finde ud af, hvilken slags grundstoffer materialets overflade består af.
»PIXL skal lede efter tegn på, om der engang har været liv på Mars ved at kigge på klippestykker. Det er ligesom, når du går tur ved Møn og finder forstenede søpindsvin og lignende. Her skal vi i stedet finde tegn på bakterier eller andet liv,« siger John Leif Jørgensen, som understreger, at opgaven er meget mere vanskelig end at finde forstenede søpindsvin på Jorden.
\ Fakta om udstyret fra DTU Space:
DTU har med John Leif Jørgensen i spidsen leveret et kamera – Micro Context Camera – som tager billeder af overfladen på Mars.
Det er en del af PIXL-instrumentet, som skal lede efter tegn på tidligere liv på Mars.
Kameraet sidder udvendigt på en arm på Mars-roveren. Ud fra kameraets billeddata beregnes blandt andet orientering og position, og disse data bruges til at sikre præcis navigation og positionering af PIXL’s hovedinstrument på overfladen af Mars.
Via et kabel er det forbundet med en tilhørende computer i selve roveren, som behandler data fra kamera-systemet. De behandlede data sendes videre til den centrale computer i PIXL-instrumentet.
DTU har også leveret et såkaldt Floodlight-system, som sørger for et ‘blitz-lys’ til billederne.
Kilde: DTU
Finder vi liv?
PIXL skal altså undersøge den kemiske sammensætning i klippestykker og finde eventuelle spor efter fossilt, biologisk materiale.
Men lektor Morten Bo Madsen regner ikke med, at vi får et hurtigt og klart svar på, om der engang har været liv på Mars.
»Ud fra de erfaringer vi har med Mars, skal vi være ekstremt heldige for at finde spor efter liv. Jeg tror, det er usandsynligt, at instrumenterne på Mars-roveren finder noget, som er overbevisende for alle. Så hvis det lykkes at finde spor efter liv, tror jeg først, det vil blive bekræftet, når vi engang får prøver ned til Jorden,« siger Morten Bo Madsen.
Det er endnu uvist, hvornår en fremtidig mission skal bringe de indsamlede Mars-prøver ned til forskere på Jorden.
Et nyt stjernekamera
Selve PIXL’s røntgenflourosens-mikroskop er amerikansk bygget, men DTU har leveret et kamera, som fotograferer området omkring røntgenstrålen.
Det danskbyggede kamera til PIXL er en videreudvikling af et såkaldt stjernekamera, som DTU gennem mange år har specialiseret sig i at bygge, og som har været sendt med på en lang række rummissioner.
Normalt sørger DTU’s stjernekamera for, at rumfartøjer kan navigere ved hjælp af stjernerne. Men ombord på Mars-roveren skal DTU’s kamera i stedet sørge for, at PIXL-instrumentet ved præcist, hvilke klipper den skal undersøge.
»Vores kamera er hyperspektralt. Det betyder, at det både kan tage billeder af UV-lys, infrarødt lys og lys i almindelige farver. Det gør os i stand til at karakterisere overfladen på de klipper, vi ser på,« siger John Leif Jørgensen.
Han tilføjer, at kameraet »ikke er større end to tommelfingre, men alligevel er det afsindig avanceret.«
»Røntgenfluorescens-mikroskopet sender en knappenålstynd røntgenstråle ind mod klipperne. Så det er bare en lillebitte plet på klippen. Vores kamera skal finde ud af, hvor pletten befinder sig og sørge for at sætte det sammen med billeder og data fra vores kamera. Det hele bliver proppet ind i en computer og sendt ned til Jorden,« forklarer John Leif Jørgensen.
Du kan læse meget mere om DTU’s bidrag til PIXL i denne artikel fra 2016.
Brygger ilt på Mars
Ud over at jagte liv har Mars 2020-missionen også som et af sine vigtigste mål at bevise, at det er muligt at brygge ilt på Mars.
Både DTU Energi og Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet er involveret i arbejdet med maskinen, kaldet MOXIE (Mars OXygen In situ resource utilization Experiment), som skal producere ilt.
\ Læs mere
»Mars har næsten ingen ilt i sin atmosfære. Derfor skal vi vise, at det er muligt at producere ilt deroppe. Det skal bane vejen for, at vi kan sende mennesker ud til Mars på senere missioner,« siger Morten Bo Madsen, som er lektor og Mars-forsker ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og en del af MOXIE-projektet.
Han forklarer, at fremtidens astronauter på Mars ikke kun har brug for ilt til at trække vejret. Hvis de skal kunne rejse hjem fra Mars, er de også nødt til at bruge ilt til deres raketmotor.
»Når en motor forbrænder brændstof, skal den bruge ilt til forbrændingen. På Jorden vi vant til, at bilen kører, når bare vi hælder benzin på, fordi der er rigeligt med ilt i atmosfæren til motorens forbrænding. Det er anderledes på Mars. Her er man nødt til at have sit eget ilt, hvis man skal kunne komme væk fra planeten,« siger Morten Bo Madsen.
Det må gerne gå galt
Frem for at have ilt i sin atmosfære har Mars en masse kuldioxid (CO2). Et CO2-molekyle består af et kulstofatom (C) og to ilt-atomer (O2). Derfor går MOXIE-apparatets arbejde kort fortalt ud på at splitte kuldioxid-molekylerne fra hinanden, så der bliver skabt rent ilt og et biprodukt i form af kulmonoxid (CO).
Du kan læse mere om, hvordan maskinen brygger ilt i denne artikel på Videnskab.dk.
Morten Bo Madsen blev inviteret med på MOXIE-projektet, fordi han er ekspert i støv på Mars. Mars-støvet kan nemlig hurtigt blive et problem for ilt-produktionen, hvis det sætter sig i maskinen.
Hvis alt går vel, vil MOXIE være i stand til at producere seks gram ilt i timen, fortæller Morten Bo Madsen. Til sammenligning forbruger et menneske ifølge NASA cirka 840 gram ilt om dagen.
Planen er derfor, at konceptet skal udbygges og opskaleres på fremtidige missioner.
»MOXIE er en prototype på en fremtidig produktion af ilt på Mars. Så det vil være helt OK, at det på et tidspunkt går galt for MOXIE. Det gør ikke noget, at maskinen holder op med at virke. Bare vi ved hvorfor, så vi kan lære, hvordan et fuldskala-anlæg skal designes anderledes og forhindre, at det sker på et rigtigt anlæg i fremtiden,« fortæller Morten Bo Madsen.
De mest fotograferede objekter på Mars
Forskere fra Mars-gruppen på Københavns Universitet har udviklet flere små plader, som vil blive blandt de mest fotograferede objekter på Mars.
Pladerne indeholder forskellige, kendte farver. De er såkaldte kalibrerings-targets, som skal hjælpe forskerne med at indstille farvebalancen korrekt, når de tager billeder på Mars.
\ Læs mere
På Mars har lyset nemlig en anderledes farvesammensætning end på Jorden. Derfor har forskerne hele tiden brug for at kunne tage billeder af et objekt med nøje kendte farver.
På den måde kan de løbende finjustere – kalibrere – farverne på alle billeder, som sendes ned til Jorden fra vores naboplanet.
»Hver gang man tager et nyt billede af et objekt på Mars, som skal bruges til spektroskopiske undersøgelser, tager man også et billede af vores kalibrerings-target. Så det bliver faktisk nogle af de mest fotograferede objekter på Mars,« siger Morten Bo Madsen, som understreger, at forskergruppen har fået støtte af Carlsbergfondet til target-udviklingen.
Brag og chok
Det ene kalibrerings-target, som er bygget og udviklet af Mars-gruppen på Københavns Universitet, skal benyttes af Perseverance-roverens hovedkamera: Mastcam-Z.
Det er et avanceret kamera, som både kan zoome og tage 3D-billeder og videoer af Mars.
Videnskab.dk var med, da forskerne testede deres target i Hørsholm en mørk decemberdag i 2017. Det skete under høje brag og chok, som var 2.000 gange voldsommere end tyngdeaccelerationen – læs mere i artiklen Dansk dims vil blive et af de mest fotograferede objekter på Mars.
Ud over at være leverandør af Mastcam-Z’s kalibrerings-target, har de danske forskere og teknikere fra Københavns Universitet også været med til at udvikle 5 ud af 30 elementer til et kalibrerings-target til et andet vigtigt instrument; SuperCam.
Supercam skal ligesom PIXL hjælpe med at lede efter spor fra fortidigt liv i klipper på Mars, men frem for at gøre det med røntgenstråler skal den gøre det med laserstråler. Laserstrålen kan række op til syv meter og kan give forskerne et indblik i en klippes kemiske sammensætning.
»Baseret på undersøgelserne vil det blive bestemt, om den pågældende prøve er interessant nok til at indsamle en boreprøve, som senere kan hentes tilbage til Jorden,« forklarer Morten Bo Madsen.
Mange års arbejde
Bag hver enkelt af de danske og udenlandske bidrag til Mars 2020 missionen, ligger flere års arbejde med at udtænke og udvikle teknologien.
På den ene side skal teknologien være så avanceret som mulig for at give os ny viden om Mars. På den anden side skal alt være så småt og let som muligt, ligesom det blandt andet skal kunne modstå vilde udsving i temperatur og tryk og voldsomme rystelser under rejsen til Mars.
»Opsendelsen bliver kulminationen på mange hundrede arbejdstimer og bekymringer og diskussioner. Så det bliver fantastisk, når vi skal se opsendelsen,« konstaterer Morten Bo Madsen.
I de kommende uger vil du kunne læse endnu mere om Mars 2020’s vilde planer her på Videnskab.dk. Blandt andet vil vores garvede rum-skribenter, Henrik og Helle Stub, klæde dig kyndigt på til NASA’s næste store rumfærd.’
\ Læs mere
\ Hvordan undgår man støv, når man brygger ilt?
Støv på Mars kan være et problem, når man vil producere ilt på Mars.
Lektor Morten Bo Madsen fra Københavns Universitet er ekspert i Mars-støv, og han blev derfor inviteret med til at udvikle MOXIE-maskinen, som skal producere ilt på den røde planet.
»Hvis man suger et stort volumen CO2 ind i maskinen fra Mars’ atmosfære, vil der komme støv med. Det støv kan blokere og ødelægge iltproduktionen,« forklarer Morten Bo Madsen.
Han tilføjer, at Mars-støvet blandt andet kan indeholde svovl, som dele af MOXIE-maskinen ikke kan tåle. Derfor har Morten Bo Madsen været med til at teste et filter, som kan fjerne støvet, før det når frem til selve apparaturet.
Filteret af typen HEPA (High Efficiency Particulate Absorbing), som består af et netværk af mikroskopiske tråde, som kan standse støvet.
Filtret er blandt andet blevet testet i en vindtunnel i Aarhus, hvor forskerne har udsat filtret for nogle af de samme forhold som på Mars, fortæller Morten Bo Madsen.
»Vindtunnelen er et 10 meter langt vakuumkammer, hvor en stor propel kan blæse luften rundt. Her kan man ændre på trykket og få temperaturen ned på realistiske Mars-temperaturer og se, hvordan filtret klarer det,« fortæller Morten Bo Madsen.
